[0001] La présente invention est du domaine des profils aérodynamiques de pales et plus
particulièrement des pales destinées à former une hélice d'avancement d'un aéronef.
[0002] La présente invention concerne une méthode d'amélioration d'une pale afin d'augmenter
son incidence négative de décrochage en valeur absolue ainsi qu'une telle pale améliorée
et qu'un rotor muni de telles pales améliorées. Cette pale améliorée est destinée
à équiper un rotor d'un aéronef devant fournir une force aérodynamique selon deux
directions opposées, à savoir soit une force vers l'avant de l'aéronef, soit une force
vers l'arrière de l'aéronef. Cette pale améliorée est en particulier destinée à une
hélice d'avancement d'un aéronef ou encore à un rotor auxiliaire anticouple d'un aéronef
à voilure tournante.
[0003] Classiquement, une pale s'étend longitudinalement selon son envergure d'une première
extrémité vers une deuxième extrémité. On remarque que le terme « longitudinal » se
comprend comme au sens de l'envergure de la pale. De plus, la pale s'étend transversalement
d'un bord d'attaque vers un bord de fuite, selon les cordes de la pale.
[0004] La pale comprend notamment un revêtement extérieur muni d'une première peau au niveau
de son extrados et d'une seconde peau au niveau de son intrados ainsi que de sections
transversales successives. Chaque section transversale est définie par un profil aérodynamique
comportant deux demi-profils, à savoir un demi-profil d'intrados et un demi-profil
d'extrados.
[0005] Des profils aérodynamiques existants et utilisés fréquemment pour les pales des rotors
d'aéronefs sont par exemple définis selon les familles
NACA ou bien les familles
OA, les familles
OA étant par exemple décrites dans les documents
FR 2626841 et
FR 2765187.
[0006] Une pale est destinée à être fixée à un moyeu tournant d'un rotor au niveau de sa
première extrémité par l'intermédiaire d'un pied de pale, sa deuxième extrémité étant
dite extrémité libre. Ce moyeu tournant du rotor entraîne en rotation chaque pale.
Par rapport au rotor, on comprend que la pale s'étend radialement de la première extrémité
vers la deuxième extrémité. Un rotor comporte au moins deux pales.
[0007] Chaque pale d'un rotor fournit, sous l'effet d'un écoulement d'air généré par la
rotation du rotor, une force aérodynamique, désignée généralement poussée. Cette force
aérodynamique est notamment variable selon un angle d'incidence aérodynamique de la
pale, à savoir un angle entre l'écoulement d'air et une droite reliant le bord d'attaque
et le bord de fuite de ce profil aérodynamique correspondant à la corde de la pale.
Pour un rotor, cet angle d'incidence est généralement modifié en agissant sur un axe
de variation de pas de la pale. Cet axe de variation de pas s'étend sensiblement longitudinalement
selon l'envergure de la pale. Par la suite, on utilisera le terme « incidence » pour
désigner plus simplement l'angle d'incidence aérodynamique de la pale.
[0008] On observe à partir d'une incidence seuil de la pale, désigné « incidence de décrochage
», un décollement des filets d'air notamment au niveau du bord d'attaque ou bien du
bord de fuite de la pale. Ce décollement peut provoquer un décrochage aérodynamique
de la pale correspondant à une chute brutale de sa poussée. De plus, le décollement
des filets d'air génère des tourbillons qui sont à l'origine d'une augmentation du
coefficient de traînée de la pale et de vibrations.
[0009] Un rotor peut être un rotor principal d'un aéronef à voilure tournante permettant
de sustenter l'aéronef, voire de le propulser. Un rotor peut aussi être un rotor auxiliaire
anticouple d'un aéronef à voilure tournante. Un rotor peut également être une hélice
d'avancement d'un aéronef à voilure fixe ou bien à voilure tournante, chaque pale
fournissant une force aérodynamique permettant l'avancement de l'aéronef. Un aéronef
peut comporter par exemple une ou deux, voire quatre hélices d'avancement.
[0010] Chaque pale d'un rotor fournit généralement lors de la rotation du rotor une force
aérodynamique majoritairement, voire uniquement selon une seule direction, dans le
but de fournir par exemple pour un rotor principal une poussée s'opposant au poids
de l'aéronef à voilure tournante. Dans le cas d'une hélice d'avancement, cette force
aérodynamique permet à l'aéronef d'avancer et d'atteindre des vitesses d'avancement
élevées.
[0011] Cependant, cette force aérodynamique peut dans certains cas particuliers être inversée
par exemple pour une hélice d'avancement afin de provoquer un ralentissement de l'aéronef,
essentiellement lors de son atterrissage. Ce fonctionnement particulier est toutefois
transitoire, voire marginal.
[0012] En conséquence, chaque pale est définie pour fournir de façon optimale une force
aérodynamique selon une seule direction, chaque pale fonctionnant alors avec une incidence
positive. Dans ce but, la cambrure des profils aérodynamiques de la pale est généralement
augmentée.
[0013] La cambrure est une caractéristique d'un profil aérodynamique égale à la distance
entre d'une part la corde du profil aérodynamique et d'autre part une ligne de demi-épaisseur
ou « ligne moyenne » de ce profil aérodynamique, c'est-à-dire se trouvant à équidistance
des demi-profils d'intrados et d'extrados par rapport à chaque normale à la ligne
moyenne. La distance entre la corde et la ligne moyenne est prise perpendiculairement
à la corde et, par suite, une augmentation positive de cambrure correspond à une augmentation
positive de ladite distance. En particulier, une cambrure est nulle lorsque le profil
aérodynamique est symétrique. A contrario, un profil aérodynamique avec une cambrure
non nulle est un profil aérodynamique asymétrique.
[0014] L'augmentation positive de la cambrure des profils aérodynamiques d'une pale a pour
effet d'augmenter l'incidence positive de décrochage de cette pale. De fait, l'incidence
positive de la pale peut être augmentée lors sa rotation, augmentant en conséquence
la force aérodynamique générée par la pale et ses performances aérodynamiques.
[0015] On constate alors que, la puissance mécanique nécessaire pour entraîner en rotation
un rotor comportant de telles pales à profils aérodynamiques cambrés afin de fournir
une force aérodynamique donnée sous une incidence positive est réduite par rapport
à des pales à profils aérodynamiques non cambrés, en particulier en se rapprochant
de la force aérodynamique maximale que peut fournir cette pale.
[0016] Des telles pales sont par exemple décrites dans le document
FR 2765187. Selon ce document, la position de la cambrure maximale d'un profil aérodynamique
le long de sa corde peut aussi être ajustée selon l'épaisseur relative du profil aérodynamique.
[0017] A contrario, l'augmentation de la cambrure des profils aérodynamiques a comme effet
inverse de diminuer, en valeur absolue, et donc d'augmenter en valeur algébrique,
l'incidence négative de décrochage de la pale. Toutefois, cette augmentation de l'incidence
négative de décrochage n'est pas problématique, la pale fonctionnant essentiellement,
voire uniquement sous une incidence positive.
[0018] On connaît également plusieurs documents décrivant des pales formées de profils aérodynamiques
permettant d'améliorer les performances aérodynamiques de ces pales.
[0019] Par exemple, le document
US 2007/0187549 décrit un profil aérodynamique amélioré pour former une pale d'un rotor d'hélicoptère,
de préférence pour un hélicoptère comportant un double rotor contrarotatif et une
hélice de propulsion permettant à l'hélicoptère de voler avec des vitesses d'avancement
importantes. Un tel profil aérodynamique amélioré comporte une épaisseur réduite et
une cambrure réduite au niveau d'une région de bord d'attaque de ce profil. Ce profil
aérodynamique amélioré est adapté pour les écoulements d'air à grandes vitesses en
retardant la formation d'une onde de choc aux vitesses d'avancement élevées.
[0020] De plus, les documents
EP 0103478 et
JP 2002/166891 décrivent des profils aérodynamiques avec un grand rayon de bord d'attaque afin,
par exemple selon le document
EP 0103478, de retarder la formation d'une onde de choc lorsque la vitesse d'avancement de l'aéronef
augmente et d'obtenir des valeurs importantes du rapport portance/traînée sur une
large plage de vitesse d'avancement.
[0021] Le document
US 2009/0257884 décrit également un profil aérodynamique avec un rayon de bord d'attaque important,
ce profil aérodynamique étant destiné à former une pale d'éolienne.
[0022] En outre, le document
US 2008/0145219 décrit une pale d'un rotor d'hélicoptère comportant un ou plusieurs générateurs de
vortex. Chaque générateur de vortex permet à la pale d'être plus tolérant en termes
d'angles d'incidence et de nombre de Mach avant de décrocher. De plus, un profil aérodynamique
d'une telle pale peut comporter un rayon de bord d'attaque adapté, voire ajustable
afin d'optimiser ses performances.
[0023] On connait enfin le document
US 2013/0170984 qui décrit une turbine à vapeur dont les aubes sont vrillées sur toute leur longueur
afin de limiter l'apparition de vibration sur la turbine et dont le bord d'attaque
peut être rayonné afin d'optimiser les performances des aubes et de la turbine.
[0024] Entre outre, un aéronef à voilure tournante, désigné également « giravion », peut
évoluer aussi bien avec des vitesses d'avancement élevées lors de vols de croisière
qu'avec de très faibles vitesses d'avancement et réaliser des vols stationnaires.
Un giravion comporte classiquement un fuselage, au moins un rotor principal, un dispositif
anticouple et une installation motrice.
[0025] Un dispositif anticouple assure une fonction anticouple afin de s'opposer à un couple
rotor en lacet généré principalement par la rotation du rotor principal de l'aéronef.
Un dispositif anticouple est constitué par exemple par un rotor auxiliaire agencé
sur une extrémité arrière d'une poutre de queue de l'aéronef. Ce rotor auxiliaire
anticouple permet de créer, par l'intermédiaire de la force aérodynamique générée
par ses pales, un moment s'opposant au couple rotor.
[0026] On connaît aussi un hélicoptère hybride qui désigne un giravion comportant au moins
un rotor principal, un fuselage, une installation motrice et une propulsion auxiliaire
ainsi que généralement une surface sustentatrice, composée par exemple de deux ailes
situées de part et d'autre du fuselage. La propulsion auxiliaire peut être formée
par une ou plusieurs hélices d'avancement, par exemple deux hélices d'avancement positionnées
de part et d'autre du fuselage.
[0027] Cette propulsion auxiliaire peut constituer le dispositif anticouple de l'hélicoptère
hybride, notamment lorsque cette propulsion auxiliaire comporte deux hélices d'avancement
agencées de part et d'autre du fuselage. Dans ce cas, les hélices d'avancement fournissent
des forces aérodynamiques différentielles provoquant l'apparition d'un moment s'opposant
au couple rotor. En particulier lors d'un vol stationnaire, une première hélice d'avancement
agencée d'un côté du fuselage fournit une force aérodynamique vers l'avant du giravion
alors qu'une seconde hélice d'avancement agencée de l'autre côté du fuselage fournit
une force aérodynamique vers l'arrière du giravion.
[0028] De fait, cette seconde hélice d'avancement doit fournir une force aérodynamique vers
l'avant du giravion lors des vols d'avancement du giravion et une force aérodynamique
vers l'arrière du giravion lors des vols stationnaires alors que la première hélice
d'avancement fournit toujours une force aérodynamique vers l'avant du giravion quelle
que soit la phase de vol du giravion. Pour inverser la force aérodynamique de cette
seconde hélice d'avancement, chaque pale de la seconde hélice d'avancement doit alors
passer d'une incidence positive pour les vols d'avancement à une incidence négative
pour les vols stationnaires alors que chaque pale de la première hélice d'avancement
a toujours une incidence positive quelle que soit la phase de vol du giravion.
[0029] Comme évoqué précédemment, chaque pale d'une hélice d'avancement est définie pour
fournir de façon optimale une force aérodynamique selon une seule direction, chaque
pale ayant alors une incidence positive. De fait, chaque pale de la première et de
la seconde hélice d'avancement sont de préférence définies pour fournir une force
aérodynamique importante dirigée vers l'avant de l'hélicoptère hybride et comportent
par exemple des profils aérodynamiques asymétriques permettant des performances aérodynamiques
importantes sous des incidences positives.
[0030] En conséquence, en vol stationnaire, chaque pale de la seconde hélice d'avancement
fournit une force aérodynamique dirigée vers l'arrière de l'hélicoptère hybride avec
des profils aérodynamiques non optimisés pour cela. En particulier, chaque pale de
la seconde hélice d'avancement peut fonctionner avec une incidence négative proche
d'une incidence négative de décrochage de la pale. Les profils aérodynamiques asymétriques
usuels présentent dans ce cas des performances aérodynamiques non optimales, la cambrure
de leurs profils aérodynamiques étant inadaptée à ces incidences négatives.
[0031] Dès lors, cette seconde hélice d'avancement nécessite une puissance mécanique plus
importante pour être entraînée en rotation en vol stationnaire, et en particulier
une puissance plus importante que la première hélice d'avancement générant une force
aérodynamique sensiblement identique mais dirigée uniquement vers l'avant du giravion.
[0032] Une solution afin d'augmenter les performances aérodynamiques de la pale sous des
incidences négatives est de diminuer la cambrure des profils aérodynamiques de la
pale, voire de l'inverser. Cependant, cette solution est contradictoire avec les performances
recherchées en vol d'avancement comme évoqué précédemment.
[0033] L'utilisation de pales avec des profils aérodynamiques symétriques, par exemple issus
de la famille
NACA, permettrait d'avoir un comportement aérodynamique sensiblement identique de la pale
soumise à un écoulement d'air sous une incidence positive ou bien une incidence négative,
en adaptant éventuellement le vrillage de la pale. Cependant, l'utilisation de pales
avec de tels profils aérodynamiques symétriques ne permet pas d'obtenir des forces
aérodynamiques importantes aussi bien vers l'avant que vers l'arrière du giravion,
quelle que soit l'incidence de la pale et, nécessiterait de fait des puissances mécaniques
plus importantes pour entraîner ces pales en rotation afin de fournir les forces aérodynamiques
nécessaires.
[0034] Dans ces conditions, la présente invention propose une méthode d'amélioration d'une
pale permettant de s'affranchir des limitations mentionnées ci-dessus et de modifier
les profils aérodynamiques d'une pale existante afin d'obtenir des performances aérodynamiques
supérieures aux performances aérodynamiques de cette pale existante. En conséquence,
l'incidence négative de décrochage de cette pale modifiée est augmentée en valeur
absolue, permettant à la pale modifiée de fournir une force aérodynamique inversée
importante sous une incidence négative sans dégrader la force aérodynamique fournie
sous une incidence positive.
[0035] De la sorte, cette pale modifiée permet d'obtenir des performances aérodynamiques
élevées dans deux directions opposées, selon le besoin, tout en minimisant la puissance
nécessaire à la rotation de ces pales modifiées, y compris sous des incidences négatives.
[0036] La présente invention a aussi pour objet une pale améliorée par cette méthode ainsi
qu'un rotor comportant au moins deux pales ainsi améliorées et un aéronef à voilure
tournante comportant deux telles hélices d'avancement dont une hélice formée par ce
rotor.
[0037] Une pale s'étend selon une direction longitudinale en envergure d'une première extrémité
à une seconde extrémité et selon une direction transversale d'un bord d'attaque vers
un bord de fuite. La pale comporte des sections transversales successives, chaque
section transversale étant définie par un profil aérodynamique, chaque profil aérodynamique
étant défini notamment par deux demi-profils incluant un demi-profil d'extrados et
un demi-profil d'intrados, les deux demi-profils comportant respectivement un tronçon
de bord d'attaque, un tronçon intermédiaire et un tronçon terminal, le tronçon de
bord d'attaque de chaque demi-profil étant formé par une portion d'un cercle initial
de bord d'attaque. Pour chaque profil, le tronçon de bord d'attaque débute au bord
d'attaque, le tronçon terminal se termine au bord de fuite et le tronçon intermédiaire
est situé entre le tronçon de bord d'attaque et le tronçon terminal.
[0038] Cette pale est reliée à un moyeu tournant d'un rotor au niveau de la première extrémité
de la pale par l'intermédiaire d'un pied de pale. Ce pied de pale à une fonction essentiellement
structurale, sa contribution aux performances aérodynamiques du rotor étant secondaire.
On considère donc dans le cadre de l'invention qu'une pale est donc constituée uniquement
par une partie profilée qui fournit pour chaque pale du rotor l'essentiel des forces
aérodynamiques du rotor.
[0039] Selon l'invention, la méthode d'amélioration d'une pale comporte une première étape
de modification d'au moins un demi-profil d'au moins un profil aérodynamique, la première
étape de modification étant munie des sous-étapes suivantes :
- augmentation du rayon du cercle initial de bord d'attaque de cet au moins un demi-profil
afin de former un nouveau cercle de bord d'attaque de cet au moins un demi-profil
dont une portion constitue un nouveau tronçon de bord d'attaque de cet au moins un
demi-profil, le nouveau cercle de bord d'attaque de cet au moins un demi-profil étant
tangent au cercle initial de bord d'attaque de cet au moins un demi-profil au niveau
du bord d'attaque, et
- définition d'un nouveau tronçon intermédiaire de cet au moins un demi-profil remplaçant
le tronçon intermédiaire de cet au moins un demi-profil et raccordant le nouveau cercle
de bord d'attaque de cet au moins un demi-profil au tronçon terminal de cet au moins
un demi-profil afin d'augmenter une incidence négative de décrochage de la pale.
[0040] Lors de cette première étape, un seul des deux demi-profils de chaque profil aérodynamique
peut être modifié, à savoir le demi-profil d'extrados ou bien le demi-profil d'intrados.
Les deux demi-profils de chaque profil aérodynamique peuvent aussi être modifiés lors
de cette première étape.
[0041] En effet, les demi-profils d'extrados et d'intrados sont généralement caractérisés
par les coordonnées de points permettant leurs constructions. De plus, les tronçons
de bord d'attaque de ces deux demi-profils peuvent être de forme circulaire et formés
respectivement par une portion du cercle initial de bord d'attaque, le rayon et les
coordonnées du centre de chaque cercle initial de bord d'attaque étant connus de la
définition des demi-profils d'extrados et d'intrados, comme décrit dans le document
EP 0911257. Les portions de ces cercles initiaux de bord d'attaque des deux demi-profils sont
alors respectivement confondues avec les tronçons de bord d'attaque de ces deux demi-profils
du profil aérodynamique, les rayons respectifs des cercles initiaux de bord d'attaque
étant égaux aux rayons des tronçon de bord d'attaque des demi-profils. Dans ce cas,
les cercles initiaux de bord d'attaque des deux demi-profils sont généralement de
même centre et de même rayon.
[0042] Lorsque les tronçons de bord d'attaque des demi-profils d'extrados et d'intrados
ne sont pas des portions de cercles, au moins un de ces cercles initiaux de bord d'attaque
des deux demi-profils peut être déterminé à posteriori, au cours d'une étape préliminaire
de la méthode selon l'invention afin de caractériser le tronçon de bord d'attaque.
Le cercle initial de bord d'attaque du demi-profil d'extrados et/ou du demi-profil
d'intrados est ainsi estimé par une construction géométrique à partir respectivement
des tronçons de bord d'attaque de ces demi-profils d'extrados et d'intrados. Les cercles
initiaux de bord d'attaque des demi-profils d'extrados et d'intrados ainsi estimés
sont généralement différents, en particulier dans le cas de profils aérodynamiques
ayant une cambrure non nulle. La connaissance du cercle initial de bord d'attaque
d'un demi-profil et de son rayon permet avantageusement de caractériser facilement
ce demi-profil afin par exemple d'identifier d'une part, des profils aérodynamiques
que l'on peut qualifier de polyvalents, à savoir avec une large plage de fonctionnement
mais avec des performances aérodynamiques modérées, associés à des grands rayons de
cercle de bord d'attaque et d'autre part, des profils aérodynamiques à petits rayons
de cercle de bord d'attaque associés à des plages de fonctionnement restreintes et
à hautes performances aérodynamiques.
[0043] Cette étape préliminaire de détermination comporte des sous-étapes suivantes :
- définition d'un segment de droite reliant le bord d'attaque et le bord de fuite du
profil aérodynamique,
- création d'un cercle de construction passant par le bord d'attaque du profil aérodynamique,
le centre du cercle de construction étant situé sur le segment de droite, le cercle
de construction étant inscrit dans le demi-profil,
- augmentation du rayon du cercle de construction, le centre du cercle de construction
étant déplacé sur le segment de droite et le cercle de construction passant toujours
par le bord d'attaque, jusqu'à ce que le cercle de construction soit sécant avec le
demi-profil, à savoir que le cercle de construction n'est plus inscrit à l'intérieur
du demi-profil, et
- détermination du cercle initial de bord d'attaque du demi-profil, le cercle initial
de bord d'attaque étant le plus grand cercle de construction inscrit à l'intérieur
du demi-profil, le centre du cercle initial de bord d'attaque étant le centre de ce
plus grand cercle de construction inscrit à l'intérieur du demi-profil et étant situé
sur le segment de droite, le rayon du cercle initial de bord d'attaque étant le rayon
de ce plus grand cercle de construction inscrit à l'intérieur du demi-profil.
[0044] Cette étape préliminaire permet ainsi d'estimer le cercle initial de bord d'attaque
d'un seul des deux demi-profils définissant chaque profil aérodynamique d'une pale,
à savoir le demi-profil d'extrados ou le demi-profil d'intrados, et d'estimer la valeur
du rayon de cercle initial de bord d'attaque.
[0045] Cette étape préliminaire permet également d'estimer les deux cercles initiaux de
bord d'attaque des deux demi-profils définissant chaque profil aérodynamique d'une
pale et d'estimer les valeurs de leurs rayons.
[0046] La connaissance du cercle initial de bord d'attaque d'un demi-profil et de son rayon
permet également d'envisager des modifications de ce demi-profil en appliquant la
première étape de la méthode d'amélioration d'une pale selon l'invention, en remplaçant
préalablement le tronçon de bord d'attaque de ce demi-profil par une portion du cercle
initial de bord d'attaque ainsi estimé et attaché à ce demi-profil.
[0047] De fait, dans le cadre de l'invention, le remplacement du tronçon de bord d'attaque
d'un demi-profil par un cercle initial de bord d'attaque facilite par la suite la
modification de ce demi-profil en modifiant notamment le rayon de ce cercle initial
de bord d'attaque et former ainsi le nouveau cercle de bord d'attaque. Le nouveau
tronçon de bord d'attaque est alors formé par une portion du nouveau cercle de bord
d'attaque, cette portion étant de préférence constituée au maximum d'un premier quart
de ce nouveau cercle de bord d'attaque, ce premier quart débutant au bord d'attaque
et se situant du côté de ce demi-profil vis-à-vis du bord d'attaque. La position du
bord d'attaque proprement dit de chaque profil aérodynamique est inchangée et le nouveau
tronçon de bord d'attaque de ce demi-profil passe par ce bord d'attaque.
[0048] Le tronçon intermédiaire du demi-profil est quant à lui remplacé par un nouveau tronçon
intermédiaire raccordant le nouveau tronçon de bord d'attaque du demi-profil, à savoir
une portion du nouveau cercle de bord d'attaque, au tronçon terminal du demi-profil,
ce tronçon terminal étant inchangé. Ce nouveau tronçon intermédiaire est tangent au
nouveau tronçon de bord d'attaque et au tronçon terminal du demi-profil.
[0049] Ce nouveau tronçon intermédiaire a une tangence évoluant de façon continue et ne
comporte de préférence aucun point d'inflexion. Le nouveau tronçon intermédiaire débute
sur le nouveau cercle de bord d'attaque, c'est-à-dire le nouveau tronçon de bord d'attaque,
à un point de départ situé à une première distance transversale minimale, à savoir
parallèle à la direction transversale, du bord d'attaque comprise par exemple entre
0.5% et 5% d'une corde c du profil aérodynamique. Pour rappel, la corde c est égale
à une distance entre le bord d'attaque et le bord de fuite du profil aérodynamique.
De plus, la position du point de départ du nouveau tronçon intermédiaire sur le nouveau
cercle de bord d'attaque peut être contrainte par le fait que la dérivée du polynôme
définissant ce nouveau tronçon intermédiaire est positive évitant ainsi la présence
d'un point d'inflexion sur ce nouveau tronçon intermédiaire. Ce nouveau tronçon intermédiaire
est par exemple défini par un polynôme d'ordre 3.
[0050] En outre, le nouveau tronçon intermédiaire se raccorde au tronçon terminal à une
deuxième distance transversale du bord d'attaque par exemple égale au maximum à 25%
de la corde c du profil aérodynamique.
[0051] Par ailleurs, lorsque les deux demi-profils d'extrados et d'intrados sont modifiés,
les rayons des nouveaux cercles de bord d'attaque des demi-profils d'extrados et d'intrados
peuvent être différents pour certains profils aérodynamiques de la pale modifiée,
voire pour tous les profils aérodynamiques de la pale modifiée. De préférence, le
rayon du nouveau cercle de bord d'attaque du demi-profil d'intrados est inférieur
ou égal au rayon du nouveau cercle de bord d'attaque du demi-profil d'extrados pour
chaque profil aérodynamique de la pale.
[0052] En effet, le rayon de bord d'attaque d'un demi-profil d'intrados est généralement
inférieur ou égal au rayon de bord d'attaque du demi-profil d'extrados pour un profil
aérodynamique cambré qui permet d'avoir de bonnes performances en poussée positive.
[0053] Par exemple, le rayon du nouveau cercle de bord d'attaque d'un demi-profil d'extrados
est compris entre 110% et 160% du rayon du cercle initial de bord d'attaque de ce
demi-profil d'extrados et le rayon du nouveau cercle de bord d'attaque d'un demi-profil
d'intrados est compris entre 100% et 280% du rayon du cercle initial de bord d'attaque
de ce demi-profil d'intrados. De préférence, le rayon du nouveau cercle de bord d'attaque
d'un demi-profil d'extrados est compris entre 110% et 140% du rayon du cercle initial
de bord d'attaque de ce demi-profil d'extrados et le rayon du nouveau cercle de bord
d'attaque d'un demi-profil d'intrados est compris entre 115% et 220% du rayon du cercle
initial de bord d'attaque de ce demi-profil d'intrados. Les valeurs de ces pourcentages
peuvent être influencées par l'épaisseur relative de chaque profil aérodynamique de
la pale, à savoir le rapport entre son épaisseur maximale e et sa corde c.
[0054] En outre, un premier rapport du rayon du nouveau cercle de bord d'attaque d'un demi-profil
par le rayon du cercle initial de bord d'attaque de ce demi-profil n'est de préférence
pas le même pour chaque profil aérodynamique de la pale.
[0055] De plus, l'épaisseur e du profil aérodynamique est de préférence inchangée pour chaque
profil aérodynamique de la pale, la corde c pouvant, quant à elle, être légèrement
modifiée. On rappelle que l'épaisseur e d'un profil aérodynamique est égale à une
distance maximale entre les deux demi-profils définissant le profil aérodynamique,
à savoir le demi-profil d'intrados et le demi-profil d'extrados, perpendiculairement
à la ligne moyenne de ce profil aérodynamique.
[0056] Avantageusement, les performances aérodynamiques de cette pale modifiée, dont les
profils aérodynamiques ont été modifiés, sont ainsi améliorées et supérieures sous
des incidences négatives aux performances aérodynamiques de la pale avant modification.
En effet, cette augmentation du rayon du cercle initial de bord d'attaque d'un ou
bien des deux demi-profils définissant chaque profil aérodynamique de la pale permet
de modifier l'écoulement d'air sur ces demi-profils de la pale modifiée en particulier
sous des incidences négatives et, par suite, d'augmenter en valeur absolue, donc de
diminuer en valeur algébrique l'incidence négative de décrochage de la pale modifiée.
L'incidence positive de décrochage de la pale modifiée est également diminuée suite
à la modification des demi-profils. Cependant, la zone d'utilisation de la pale concerne
des incidences positives qui restent inférieures à l'incidence positive de décrochage
de la pale modifiée.
[0057] De la sorte, les performances aérodynamiques de la pale sous une incidence positive
ne sont sensiblement pas modifiées, hormis le décalage de l'incidence positive de
décrochage. La pale modifiée peut ainsi fournir une force aérodynamique inversée sous
une incidence négative sans dégradation d'une force aérodynamique fournie sous une
incidence positive. En particulier, la pente d'une courbe reliant le coefficient de
portance Cz de la pale à son angle d'incidence est sensiblement identique pour une
pale modifiée par la méthode selon la présente invention et une pale non modifiée.
[0058] En conséquence, un rotor équipé de telles pales modifiées par la méthode d'amélioration
d'une pale selon l'invention peut avantageusement fournir une force aérodynamique
inversée, les pales de ce rotor étant sous une incidence négative, et réduire alors
la puissance nécessaire à la rotation du rotor par rapport à un rotor muni de pales
non modifiées et devant fournir la même force aérodynamique inversée. Cette réduction
de la puissance nécessaire à la rotation du rotor est avantageusement obtenue uniquement
par une modification la zone du bord d'attaque des profils aérodynamique de la pale,
le diamètre du rotor et le nombre de pales qu'il comporte restant inchangés.
[0059] Cette pale améliorée est notamment destinée aux hélices d'avancement des aéronefs
et en particulier aux hélices d'avancement des hélicoptères hybrides, un tel rotor
étant alors une hélice d'avancement.
[0060] Un hélicoptère hybride muni de deux hélices d'avancement comporte ainsi une première
hélice d'avancement munie de pales non modifiées et une seconde hélice d'avancement
munie de pales modifiées par la méthode d'amélioration d'une pale selon l'invention,
cette seconde hélice d'avancement étant destinée à fournir une force aérodynamique
inversée lors d'un vol stationnaire de l'hélicoptère hybride. La méthode d'amélioration
d'une pale selon la présente invention permet ainsi avantageusement d'améliorer les
performances du dispositif anticouple de l'hélicoptère hybride en vol stationnaire,
ce dispositif anticouple étant formé par les hélices d'avancement.
[0061] La puissance développée par l'installation motrice de l'hélicoptère hybride pour
entraîner en rotation cette seconde hélice d'avancement est ainsi réduite, la puissance
économisée pouvant alors être utilisée par exemple pour augmenter la charge utile
de l'hélicoptère hybride. Cette réduction de la puissance nécessaire à la rotation
de la seconde hélice d'avancement peut aussi avoir pour conséquence une optimisation
de l'installation motrice de l'hélicoptère hybride et, par suite, une baisse de la
masse totale de l'aéronef.
[0062] De plus, en repoussant la limite de décrochage sous une incidence négative, les marges
de manoeuvrabilité de l'hélicoptère hybride sont également améliorées et, en conséquence,
la sécurité de ces vols.
[0063] Cette méthode est destinée à être appliquée à des pales dont les sections transversales
successives sont formées par des profils aérodynamiques existants, qui peuvent être
aussi bien symétriques qu'asymétriques. Ces profils aérodynamiques existants sont
par exemple utilisés fréquemment et définis selon les familles
NACA ou bien les familles
OA, et en particulier selon les familles
OA3 et
OA4.
[0064] La méthode d'amélioration d'une pale selon la présente invention peut également comporter
une deuxième étape de déplacement du bord d'attaque pour chaque profil aérodynamique
de la pale, la deuxième étape étant munie des sous-étapes suivantes :
- déplacement du bord d'attaque de chaque profil aérodynamique de la pale d'une troisième
distance perpendiculairement au segment de droite, du demi-profil d'intrados vers
le demi-profil d'extrados, les tronçons de bord d'attaque initiaux ou bien, le cas
échéant, les nouveaux tronçons de bord d'attaque des deux demi-profils du profil aérodynamique
étant également déplacés, et
- définition de nouveaux tronçons intermédiaires des deux demi-profils raccordant respectivement
les tronçons de bord d'attaque initiaux ou bien les nouveaux tronçons de bord d'attaque
des deux demi-profils aux tronçons terminaux de ces deux demi-profils.
[0065] Dès lors, pour chaque demi-profil, un nouveau tronçon intermédiaire raccorde le tronçon
de bord d'attaque ou bien le nouveau tronçon de bord d'attaque ayant préalablement
remplacé le tronçon de bord d'attaque lors de la première étape de la méthode, ainsi
déplacé au tronçon terminal du demi-profil, ce tronçon terminal étant inchangé.
[0066] Ce déplacement du bord d'attaque de chaque profil aérodynamique « vers le demi-profil
d'extrados » provoque une modification de la ligne moyenne de chaque profil aérodynamique
de la pale dans la zone du bord d'attaque. Ce déplacement du bord d'attaque de chaque
profil aérodynamique provoque ainsi une modification de la cambrure de chaque profil
aérodynamique de la pale, mais sans inverser cette cambrure (conservation du sens
de la cambrure), qui se trouve réduite. Cette modification de la position du bord
d'attaque de chaque profil aérodynamique de la pale modifiée et la modification de
sa ligne moyenne permettent à nouveau de modifier l'écoulement d'air sur les deux
demi-profils de la pale modifiée, en particulier sous des incidences négatives. En
conséquence, l'incidence négative de décrochage de la pale modifiée est augmentée
en valeur absolue, donc diminuée en valeur algébrique, et l'incidence positive de
décrochage de la pale modifiée est diminuée tout en restant en dehors de la zone d'utilisation
de la pale.
[0067] De fait, les performances aérodynamiques de cette pale modifiée sont une fois de
plus avantageusement améliorées et la pale ainsi modifiée peut fournir une force aérodynamique
inversée sous une incidence négative sans dégradation d'une force aérodynamique fournie
sous une incidence positive.
[0068] La troisième distance est par exemple comprise entre 0.5% et 2% de la corde c du
profil aérodynamique afin de ne pas modifier de façon importante le comportement aérodynamique
de la pale modifiée et en particulier les performances aérodynamiques sous des incidences
positives. De préférence, la troisième distance est comprise entre 1% à 1.5% de la
longueur de la corde c.
[0069] Suite à ce déplacement du bord d'attaque de chaque profil aérodynamique, les conditions
de raccordement entre le nouveau tronçon intermédiaire et d'une part le nouveau cercle
de bord d'attaque et d'autre part le tronçon terminal sont identiques à celles citées
pour la première étape de la méthode selon l'invention pour chaque demi-profil. Notamment,
le nouveau tronçon intermédiaire de chaque demi-profil a des tangences évoluant de
façon continue et ne comportent toujours de préférence aucun point d'inflexion. De
même, le nouveau tronçon intermédiaire débute sur le nouveau cercle de bord d'attaque
à un point de départ situé à une première distance transversale minimale du bord d'attaque
comprise par exemple entre 0.5% et 5% d'une corde c du profil aérodynamique et se
raccorde au tronçon terminal à une deuxième distance transversale du bord d'attaque
égale par exemple au maximum à 25% de la corde c.
[0070] La méthode d'amélioration d'une pale selon l'invention peut aussi comporter une troisième
étape de fabrication d'une pale visant à fabriquer une pale définie par les profils
aérodynamiques modifiés telles que précédemment décrits. Ces profils aérodynamiques
peuvent être modifiés selon la seule première étape ou bien les première et deuxième
étapes.
[0071] La présente invention a aussi pour objet une pale modifiée, dite aussi « pale améliorée
» dans ce texte, définie par les profils aérodynamiques modifiés par les étapes de
la méthode d'amélioration d'une pale précédemment décrites. Cette pale est réalisée
en utilisant ces profils aérodynamiques modifiés.
[0072] Ci-après sont présentées à titre d'exemple les coordonnées dans un repère (u,v) des
points constituant un profil aérodynamique OA312 et un profil aérodynamique OA312
modifié selon la méthode exposée. L'origine de ce repère (u,v) est positionnée au
bord d'attaque du profil aérodynamique OA312 non modifié et son axe des abscisses
u est défini selon la corde initiale de ce profil aérodynamique OA312 non modifié.
| OA 312 initial |
OA 312 modifié |
| u |
v |
u |
v |
| 1 |
-0.001786945 |
1 |
-0.001786945 |
| 0.99308697 |
-0.001988992 |
0.993196671 |
-0.001985598 |
| 0.98618332 |
-0.002215004 |
0.986394068 |
-0.002207676 |
| 0.97928141 |
-0.002488529 |
0.979593055 |
-0.002474188 |
| 0.97238481 |
-0.002873193 |
0.972797017 |
-0.002846444 |
| 0.96549693 |
-0.003391046 |
0.966009283 |
-0.00334798 |
| 0.95861932 |
-0.004031037 |
0.959231538 |
-0.003969973 |
| 0.95175004 |
-0.004755215 |
0.952462167 |
-0.004677375 |
| 0.94488588 |
-0.005526345 |
0.945698087 |
-0.00543364 |
| 0.9380239 |
-0.006316667 |
0.938936411 |
-0.006211139 |
| 0.93116231 |
-0.007110455 |
0.932175284 |
-0.00699338 |
| 0.92430036 |
-0.007901099 |
0.925413868 |
-0.007773122 |
| 0.91743785 |
-0.008686784 |
0.918651913 |
-0.008548178 |
| 0.91057473 |
-0.009467167 |
0.911889371 |
-0.009318091 |
| 0.90371098 |
-0.010242006 |
0.905126235 |
-0.010082772 |
| 0.89684642 |
-0.011009672 |
0.898362357 |
-0.010840856 |
| 0.88998083 |
-0.011767963 |
0.891597532 |
-0.011590451 |
| 0.88311385 |
-0.012513652 |
0.884831428 |
-0.012328409 |
| 0.87624547 |
-0.013246371 |
0.878063944 |
-0.013053601 |
| 0.86937573 |
-0.013966138 |
0.871295153 |
-0.013766489 |
| 0.86250431 |
-0.014669695 |
0.864524839 |
-0.01446477 |
| 0.855631 |
-0.015354588 |
0.857752694 |
-0.015145064 |
| 0.84875609 |
-0.016023159 |
0.850978899 |
-0.015808721 |
| 0.84187951 |
-0.016674371 |
0.844203571 |
-0.016456549 |
| 0.83500099 |
-0.017304736 |
0.837426402 |
-0.017084812 |
| 0.82812076 |
-0.017916223 |
0.830647466 |
-0.01769373 |
| 0.82123893 |
-0.018509382 |
0.823866985 |
-0.018285182 |
| 0.81435538 |
-0.019082246 |
0.817084869 |
-0.018857594 |
| 0.80747017 |
-0.0196348 |
0.810301096 |
-0.019410013 |
| 0.80058343 |
-0.020167853 |
0.80351579 |
-0.01994328 |
| 0.79369518 |
-0.020681173 |
0.796729019 |
-0.020457552 |
| 0.78680546 |
-0.021174303 |
0.789940809 |
-0.020952474 |
| 0.77991423 |
-0.021645881 |
0.783151154 |
-0.02142717 |
| 0.77302154 |
-0.022095488 |
0.77636003 |
-0.02188035 |
| 0.76612762 |
-0.022525939 |
0.769567587 |
-0.022313335 |
| 0.7592327 |
-0.022940139 |
0.762774083 |
-0.022729319 |
| 0.75233688 |
-0.023338955 |
0.755979673 |
-0.023130246 |
| 0.74544014 |
-0.023721549 |
0.749184378 |
-0.023515873 |
| 0.73854257 |
-0.02408907 |
0.742388212 |
-0.023885831 |
| 0.73164438 |
-0.024444449 |
0.735591337 |
-0.024242526 |
| 0.72474553 |
-0.024787018 |
0.728793868 |
-0.024587732 |
| 0.71784596 |
-0.025114649 |
0.721995724 |
-0.024919355 |
| 0.71094582 |
-0.025430132 |
0.715196908 |
-0.025236924 |
| 0.70404533 |
-0.025737764 |
0.708397634 |
-0.025544526 |
| 0.69714454 |
-0.026038752 |
0.701598053 |
-0.025845254 |
| 0.69024347 |
-0.026333082 |
0.694798192 |
-0.026139602 |
| 0.68334214 |
-0.026621348 |
0.687998051 |
-0.026427388 |
| 0.67644068 |
-0.026906334 |
0.681197702 |
-0.026710228 |
| 0.66953903 |
-0.027186863 |
0.674397224 |
-0.026989947 |
| 0.66263715 |
-0.027461505 |
0.667596548 |
-0.027264813 |
| 0.65573502 |
-0.027729962 |
0.660795631 |
-0.027533653 |
| 0.64883275 |
-0.027994805 |
0.6539945 |
-0.027797017 |
| 0.64193034 |
-0.028255812 |
0.647193248 |
-0.028057231 |
| 0.63502771 |
-0.028510995 |
0.640391836 |
-0.028313241 |
| 0.62812484 |
-0.028759645 |
0.633590203 |
-0.028563323 |
| 0.62122173 |
-0.029001421 |
0.626788339 |
-0.028807008 |
| 0.61431834 |
-0.029235398 |
0.619986234 |
-0.029043913 |
| 0.60741467 |
-0.02946073 |
0.613183863 |
-0.029273006 |
| 0.60051077 |
-0.02967868 |
0.606381216 |
-0.029493794 |
| 0.59360667 |
-0.029890434 |
0.599578347 |
-0.029707604 |
| 0.58670242 |
-0.030097182 |
0.592775298 |
-0.0299156 |
| 0.57979794 |
-0.030296257 |
0.5859721 |
-0.030118688 |
| 0.57289314 |
-0.030483864 |
0.57916867 |
-0.030313852 |
| 0.56598808 |
-0.030661313 |
0.572364927 |
-0.03049775 |
| 0.55908286 |
-0.030832784 |
0.565560931 |
-0.030672048 |
| 0.55217755 |
-0.031000383 |
0.558756795 |
-0.030840795 |
| 0.54527206 |
-0.031160688 |
0.551952565 |
-0.031005743 |
| 0.53836638 |
-0.031312521 |
0.545148165 |
-0.03116348 |
| 0.53146056 |
-0.031457535 |
0.538343579 |
-0.031313011 |
| 0.52455455 |
-0.031593224 |
0.531538852 |
-0.031455938 |
| 0.51764835 |
-0.03171937 |
0.52473394 |
-0.031589825 |
| 0.510742 |
-0.031836384 |
0.517928853 |
-0.031714422 |
| 0.50383548 |
-0.031943495 |
0.511123609 |
-0.031830168 |
| 0.49692881 |
-0.032039745 |
0.504318209 |
-0.031936351 |
| 0.490022 |
-0.032126268 |
0.497512653 |
-0.032032039 |
| 0.48311511 |
-0.032205957 |
0.490706967 |
-0.032117987 |
| 0.4762081 |
-0.032273796 |
0.483901202 |
-0.032197353 |
| 0.46930096 |
-0.032327242 |
0.477095319 |
-0.032265929 |
| 0.46239376 |
-0.032371823 |
0.470289308 |
-0.032320316 |
| 0.45548654 |
-0.032412711 |
0.463483226 |
-0.032365091 |
| 0.44857928 |
-0.032447356 |
0.456677121 |
-0.032405942 |
| 0.44167197 |
-0.032471172 |
0.449870986 |
-0.032441642 |
| 0.43476464 |
-0.032485408 |
0.443064806 |
-0.032467215 |
| 0.4278573 |
-0.032490617 |
0.436258596 |
-0.032483086 |
| 0.42094995 |
-0.032487809 |
0.429452371 |
-0.032490197 |
| 0.41404261 |
-0.032477885 |
0.422646143 |
-0.032489133 |
| 0.40713529 |
-0.032459292 |
0.415839919 |
-0.032481255 |
| 0.400228 |
-0.032432138 |
0.40903371 |
-0.032465258 |
| 0.39332074 |
-0.032396333 |
0.402227525 |
-0.032440931 |
| 0.38641353 |
-0.032352989 |
0.395421376 |
-0.03240799 |
| 0.37950639 |
-0.03229981 |
0.388615266 |
-0.032367826 |
| 0.37259931 |
-0.032239735 |
0.381809217 |
-0.032318475 |
| 0.36569231 |
-0.032170758 |
0.375003228 |
-0.032261403 |
| 0.35878542 |
-0.03209116 |
0.368197303 |
-0.03219708 |
| 0.35187862 |
-0.032004481 |
0.361391487 |
-0.032122196 |
| 0.34497191 |
-0.031910779 |
0.354585764 |
-0.032039251 |
| 0.33806528 |
-0.031811182 |
0.347780125 |
-0.031949679 |
| 0.33115874 |
-0.031705226 |
0.340974572 |
-0.031853825 |
| 0.32425232 |
-0.031592553 |
0.334169101 |
-0.031752274 |
| 0.31734598 |
-0.031474775 |
0.327363733 |
-0.031644051 |
| 0.31043975 |
-0.0313505 |
0.320558458 |
-0.031530134 |
| 0.30353372 |
-0.031215712 |
0.313753268 |
-0.031411284 |
| 0.29662781 |
-0.031074903 |
0.306948237 |
-0.031283611 |
| 0.28972193 |
-0.030932258 |
0.300143383 |
-0.031146822 |
| 0.28281621 |
-0.030782557 |
0.293338582 |
-0.031007455 |
| 0.27591065 |
-0.030625583 |
0.286533862 |
-0.030864197 |
| 0.26900525 |
-0.030461628 |
0.279729308 |
-0.030713192 |
| 0.26210003 |
-0.030290046 |
0.272924904 |
-0.030555618 |
| 0.25519503 |
-0.030110199 |
0.266120671 |
-0.030390859 |
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0.050390649 |
| 0.64869935 |
0.048899517 |
0.642983367 |
0.049589813 |
| 0.65534853 |
0.048081384 |
0.649740389 |
0.048772502 |
| 0.66199564 |
0.047247258 |
0.656495386 |
0.047938621 |
| 0.66864067 |
0.046397534 |
0.66324833 |
0.047088273 |
| 0.67528354 |
0.04553245 |
0.669999234 |
0.046221885 |
| 0.68192413 |
0.044651761 |
0.67674808 |
0.045339604 |
| 0.6885623 |
0.043755044 |
0.683494782 |
0.044441075 |
| 0.69519797 |
0.042842331 |
0.690239249 |
0.043525919 |
| 0.70183108 |
0.041913861 |
0.696981456 |
0.042594262 |
| 0.70846161 |
0.040969798 |
0.703721395 |
0.041646337 |
| 0.71508952 |
0.040010167 |
0.710459045 |
0.040682281 |
| 0.72171476 |
0.03903488 |
0.717194363 |
0.039702055 |
| 0.72833734 |
0.03804412 |
0.723927302 |
0.038705626 |
| 0.73495729 |
0.03703822 |
0.730657864 |
0.037693268 |
| 0.74157466 |
0.036017529 |
0.737386067 |
0.03666534 |
| 0.74818951 |
0.034982406 |
0.74411193 |
0.035622217 |
| 0.75480194 |
0.033933266 |
0.75083548 |
0.034564292 |
| 0.76141204 |
0.032870639 |
0.757556764 |
0.033492056 |
| 0.76801992 |
0.031795061 |
0.764275844 |
0.032406096 |
| 0.7746257 |
0.030707078 |
0.770992781 |
0.031306963 |
| 0.7812295 |
0.02960726 |
0.777707655 |
0.030195292 |
| 0.78783144 |
0.028496234 |
0.784420527 |
0.0290716 |
| 0.7944318 |
0.027375452 |
0.791131569 |
0.027937026 |
| 0.8010308 |
0.026246084 |
0.797841006 |
0.026792999 |
| 0.80762873 |
0.025109633 |
0.804549062 |
0.025640905 |
| 0.81422581 |
0.023967208 |
0.811255979 |
0.024482195 |
| 0.82082216 |
0.022819453 |
0.817961912 |
0.023317802 |
| 0.82741775 |
0.021666048 |
0.824666879 |
0.022147866 |
| 0.83401224 |
0.020505137 |
0.831370693 |
0.020971335 |
| 0.84060522 |
0.019334206 |
0.838072796 |
0.019785103 |
| 0.84719715 |
0.018155984 |
0.844773294 |
0.018589833 |
| 0.85378858 |
0.016973462 |
0.851472851 |
0.017389301 |
| 0.86037999 |
0.015789273 |
0.858171878 |
0.016185812 |
| 0.86697275 |
0.014610967 |
0.864871417 |
0.01498518 |
| 0.87356846 |
0.013447686 |
0.871573299 |
0.013797696 |
| 0.88016746 |
0.012301411 |
0.878278267 |
0.012627762 |
| 0.88677005 |
0.011174321 |
0.88498646 |
0.011476467 |
| 0.89337721 |
0.010072607 |
0.891698822 |
0.010349729 |
| 0.89998963 |
0.009001145 |
0.898416142 |
0.009252936 |
| 0.90660819 |
0.007966609 |
0.905139321 |
0.008192654 |
| 0.91323313 |
0.006971915 |
0.911868861 |
0.007173523 |
| 0.91986412 |
0.006016725 |
0.918604395 |
0.006194794 |
| 0.9265021 |
0.005109616 |
0.925346654 |
0.005263502 |
| 0.93314744 |
0.004256482 |
0.932096381 |
0.004388012 |
| 0.93979955 |
0.003456187 |
0.938852854 |
0.003566159 |
| 0.9464605 |
0.002731504 |
0.945617863 |
0.002817862 |
| 0.95313218 |
0.002112785 |
0.952393717 |
0.002175116 |
| 0.95981507 |
0.001629311 |
0.959181102 |
0.0016685 |
| 0.96650801 |
0.001311121 |
0.965978931 |
0.001329665 |
| 0.97320705 |
0.0011756 |
0.972783523 |
0.001178862 |
| 0.97990765 |
0.001209616 |
0.979589744 |
0.001204674 |
| 0.98660648 |
0.001368188 |
0.986394194 |
0.001361998 |
| 0.99330405 |
0.001577422 |
0.993197164 |
0.001574008 |
| 1 |
0.001786945 |
1 |
0.001786945 |
[0073] La présente invention a également pour objet un rotor destiné à un aéronef, ce rotor
comportant au moins deux pales améliorées telles que précédemment décrites, ces pales
améliorées étant définies par les profils aérodynamiques modifiés par les étapes de
la méthode d'amélioration d'une pale. Ce rotor est par exemple une hélice d'avancement
d'un aéronef et en particulier une seconde hélice d'avancement d'un hélicoptère hybride,
cette seconde hélice d'avancement fournissant une force aérodynamique vers l'avant
de l'hélicoptère hybride lors des vols d'avancement et une force aérodynamique vers
l'arrière lors des vols stationnaires.
[0074] La présente invention a également pour objet un aéronef à voilure tournante comportant
un fuselage, au moins un rotor principal et au moins deux hélices d'avancement. Au
moins une des hélices d'avancement de l'aéronef est un rotor tel que précédemment
décrit et comporte au moins deux pales améliorée définies par des profils aérodynamiques
modifiés par la méthode d'amélioration d'une pale précédemment décrite.
[0075] L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la
description qui suit avec des exemples de réalisation donnés à titre illustratif en
référence aux figures annexées qui représentent :
- les figures 1 et 2, un hélicoptère hybride,
- la figure 3, une pale,
- la figure 4, un schéma synoptique d'une méthode d'amélioration d'une pale,
- la figure 5, un schéma de construction d'un cercle initial de bord d'attaque d'un
demi-profil,
- les figures 6 à 9, trois profils aérodynamiques modifiés d'une pale,
- la figure 10, des courbes de variation du coefficient de portance de la pale en fonction
de son incidence,
- la figure 11, des courbes indiquant les évolutions des caractéristiques des modifications
d'un profil aérodynamique en fonction de son épaisseur relative, et
- la figure 12, deux courbes reliant la poussée F et la puissance P consommée d'une pale.
[0076] Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule
et même référence.
[0077] Les figures 1 et 2 représentent un même hélicoptère hybride 60 en vue de dessus ainsi
que des vues de détail d'une pale 1 de chaque hélice d'avancement 64,65 de l'hélicoptère
hybride 60. Sur la figure 1, l'hélicoptère hybride 60 est en vol d'avancement alors
que sur la figure 2, l'hélicoptère hybride 60 est en vol stationnaire.
[0078] L'hélicoptère hybride 60 est un aéronef à voilure tournante comportant un fuselage
61, un rotor principal 62, deux demi-ailes 66,67 agencées de part et d'autre du fuselage
61, une poutre de queue 68 et deux hélices d'avancement 64,65. Les deux hélices d'avancement
64,65 sont positionnées de part et d'autre du fuselage 61, respectivement à l'extrémité
d'une demi-aile 66,67.
[0079] Une pale 1 est représentée sur la figure 3, cette pale 1 pouvant équiper le rotor
principal 62 ou bien une hélice d'avancement 64,65. Un repère (X,Y,Z) est représenté
sur la figure 3 et formé par une direction longitudinale X, une direction transversale
Y et une direction verticale Z, ces trois directions étant perpendiculaires entre
elles. La direction longitudinale X est sensiblement parallèle à un axe de variation
de pas de la pale 1, voire confondue avec lui.
[0080] La pale 1 s'étend selon la direction longitudinale X en envergure d'une première
extrémité 3 à une seconde extrémité 4 et selon la direction transversale Y d'un bord
d'attaque 5 vers un bord de fuite 6. La pale 1 comporte des sections transversales
successives dans un plan transversal parallèle aux directions transversale Y et verticale
Z, chaque section transversale étant définie par un profil aérodynamique 10 comportant
notamment deux demi-profils 11,21, à savoir un demi-profil d'extrados 11 et un demi-profil
d'intrados 21. Le demi-profil d'extrados 11 et le demi-profil d'intrados 21 comportent
respectivement un tronçon de bord d'attaque 12,22 débutant au bord d'attaque 5, un
tronçon terminal 14,24 se terminant au bord de fuite 6 et un tronçon intermédiaire
13,23 situé entre le tronçon de bord d'attaque 12,22 et le tronçon terminal 14,24.
Les tronçons de bord d'attaque 12,24 du demi-profil d'extrados 11 et du demi-profil
d'intrados 21 sont formés respectivement par une portion d'un cercle initial de bord
d'attaque 15,25.
[0081] Les profils aérodynamiques 10 de ces sections transversales évoluent généralement
selon leur position en envergure sur la pale 1 et peuvent donc être différents afin
notamment d'être adaptés à l'écoulement d'air reçu par chaque section transversale
lors de la rotation de la pale 1.
[0082] Sur la figure 3 est également représentée une ligne de demi-épaisseur ou « ligne
moyenne » 17 du profil aérodynamique 10. Cette ligne moyenne 17 est équidistante des
demi-profils d'intrados 21 et d'extrados 11 perpendiculairement à la ligne moyenne
17. On constate que les profils aérodynamiques 10 de la pale 1 sont asymétriques et
comportent une cambrure, cette ligne moyenne 17 étant courbe. Un segment de droite
16 reliant le bord d'attaque 5 et le bord de fuite 6 est également représenté sur
la figure 3 pour plusieurs profils aérodynamiques 10. Ce segment de droite 16 correspond
à la corde du profil aérodynamique 10.
[0083] La figure 4 représente le schéma synoptique d'une méthode d'amélioration d'une pale
initiale pour constituer une pale modifiée dite « pale améliorée », cette méthode
comprenant plusieurs étapes. Cette méthode est destinée à être appliquée à des pales
dont les sections transversales successives sont formées par des profils aérodynamiques
existants, par exemple selon les familles
NACA ou bien les familles
OA.
[0084] Cette méthode d'amélioration d'une pale 1 est particulièrement destinée à des profils
aérodynamiques 10 dont les tronçons de bord d'attaque 12,22 des demi-profils 11,21
sont définis par une portion d'un cercle initial de bord d'attaque 15,25 comme représenté
sur la figure 3. Chaque cercle initial de bord d'attaque 15,25 d'un demi-profil 11,21
est alors caractérisé par son rayon et la position de son centre. Pour chaque profil
aérodynamique 10, le cercle initial de bord d'attaque 15 du demi-profil d'extrados
11 et le cercle initial de bord d'attaque 25 du demi-profil d'intrados 21 ont leurs
centres confondus et leurs rayons égaux.
[0085] Cependant, cette méthode d'amélioration d'une pale 1 peut également être appliquée
à des profils aérodynamiques 10 dont les tronçons de bord d'attaque 12,22 des demi-profils
11,21 ne sont pas des portions de cercles, un cercle initial de bord d'attaque 15,25
étant alors préalablement estimé pour chaque demi-profil 11,21 de chaque profil aérodynamique
10. Ce cercle initial de bord d'attaque 15,25 d'un demi-profil peut être déterminé
par une méthode adaptée dont une construction géométrique est représentée sur la figure
5 pour le demi-profil d'extrados 11.
[0086] Cette méthode d'amélioration d'une pale 1 comporte alors une étape préliminaire de
détermination d'un cercle initial de bord d'attaque 15,25 d'au moins un demi-profil
11,21 de chaque profil aérodynamique 10, ce cercle initial de bord d'attaque 15,25
étant estimé à partir du tronçon de bord d'attaque 12,22 du demi-profil 11,21.
[0087] Lors de cette étape préliminaire, un cercle initial de bord d'attaque 15 du demi-profil
d'extrados 11 et un cercle initial de bord d'attaque 25 du demi-profil d'intrados
21 peuvent être estimés respectivement à partir des tronçons de bord d'attaque 12,22
du demi-profil d'extrados 11 et du demi-profil d'intrados 22.
[0088] Cette étape préliminaire de détermination d'un cercle initial de bord d'attaque 15,25
est appliquée au demi-profil d'extrados 11 d'un profil aérodynamique 10 sur la figure
5. Tout d'abord, un segment de droite 16 reliant le bord d'attaque 5 au bord de fuite
6 du profil aérodynamique 10 est défini, ce segment de droite 16 correspondant à la
corde du profil aérodynamique 10.
[0089] Ensuite, un cercle de construction 27 est créé, ce cercle de construction 27 passant
par le bord d'attaque 5, le centre
B de ce cercle de construction 27 étant situé sur le segment de droite 16. De plus,
le cercle de construction 27 est inscrit dans le demi-profil d'extrados 11. Le cercle
de construction 27 peut également être tangent au tronçon de bord d'attaque 12 du
demi-profil d'extrados 11 dans le cas particulier où la direction de tangence du tronçon
de bord d'attaque 12 au niveau du bord d'attaque 5 est perpendiculaire au segment
de droite 16.
[0090] Par la suite, le rayon du cercle de construction 27 est augmenté, le centre
B du cercle de construction 27 étant alors déplacé sur le segment de droite 16 et le
cercle de construction passant par le bord d'attaque 5. Le rayon du cercle de construction
27 est ainsi augmenté jusqu'à ce que le cercle de construction 27 soit sécant avec
le demi-profil d'extrados 11. Le cercle de construction 27" de centre
B" représente le premier cercle de construction 27 sécant avec le tronçon de bord d'attaque
12.
[0091] Enfin, le cercle initial de bord d'attaque 15 du demi-profil d'extrados 11 est déterminé
par le plus grand cercle de construction 27' inscrit à l'intérieur du demi-profil
d'extrados 11. Le centre du cercle initial de bord d'attaque 15 est le centre
B' de ce plus grand cercle de construction 27' et est situé sur le segment de droite
16. Le rayon du cercle initial de bord d'attaque 15 est le rayon de ce plus grand
cercle de construction 27'. Le plus grand cercle de construction 27' correspond en
fait au cercle de construction 27 défini par l'itération précédant le cercle de construction
27" qui est le premier cercle de construction 27 sécant avec le tronçon de bord d'attaque
12, correspondant également au premier cercle de construction 27 qui n'est pas inscrit
à l'intérieur du demi-profil d'extrados 11.
[0092] Cette étape préliminaire de détermination d'un cercle initial de bord d'attaque 15,25
d'au moins un demi-profil 11,21 peut également être appliquée au demi-profil d'intrados
21 des profils aérodynamiques 10 d'une pale 1. Cette étape préliminaire peut aussi
être appliquée simultanément au demi-profil d'extrados 11 et au demi-profil d'intrados
21 des profils aérodynamiques 10 d'une pale 1.
[0093] Le cercle initial de bord d'attaque 15,25 peut ainsi être défini par un centre situé
sur le segment de droite 16 et par un rayon. Ce cercle initial de bord d'attaque 15,25
permet ainsi de caractériser le tronçon de bord d'attaque 12,22 d'un demi-profil 11,21
d'un profil aérodynamique 10 d'une pale 1, une portion de ce cercle initial de bord
d'attaque 15,25 remplaçant le tronçon de bord d'attaque 12,22 du demi-profil d'extrados
11.
[0094] Cette méthode d'amélioration d'une pale 1 comporte ensuite une première étape 51
de modification d'au moins un demi-profil 11,21 de chaque profil aérodynamique 10
de la pale 1.
[0095] Une telle modification d'un demi-profil d'extrados 11 est représentée sur les figures
6 et 7. Selon la figure 6, seul le demi-profil d'extrados 11 est modifié alors que
selon la figure 7, le demi-profil d'extrados 11 et le demi-profil d'intrados 21 sont
modifiés, le cercle initial de bord d'attaque 15 du demi-profil d'extrados 11 et le
cercle initial de bord d'attaque 25 du demi-profil d'intrados 21 étant identiques
et confondus.
[0096] Selon cette première étape 51, le cercle initial de bord d'attaque 15,25 d'un demi-profil
11,21 est modifié pour chaque profil aérodynamique 10 de la pale 1 en augmentant son
rayon
r, la position du bord d'attaque 5 étant inchangée. Dès lors, un nouveau cercle de
bord d'attaque 35,45 est défini par un nouveau rayon
r1 et un centre déplacé vers le bord de fuite 6. Un nouveau tronçon de bord d'attaque
32,42 du demi-profil 11,21 est alors constitué par une portion de ce nouveau cercle
de bord d'attaque 35,45.
[0097] Une application de cette première étape 51 est de modifier le demi-profil d'extrados
11 d'un profil aérodynamique 10 comme représenté sur la figure 6. Cette première étape
51 comporte plusieurs sous-étapes suivantes 511-512.
[0098] Au cours d'une première sous-étape 511, le rayon du cercle initial de bord d'attaque
15 de ce demi-profil d'extrados 11 est augmenté et son centre est déplacé afin de
former un nouveau cercle de bord d'attaque 35 de ce demi-profil d'extrados 11. Le
nouveau cercle de bord d'attaque 35 est tangent au cercle initial de bord d'attaque
15 de ce demi-profil d'extrados 11 au niveau dut bord d'attaque 5 du profil aérodynamique
10. Une portion de ce nouveau cercle de bord d'attaque 35 constitue alors un nouveau
tronçon de bord d'attaque 32 de ce demi-profil d'extrados 11.
[0099] Au cours d'une deuxième sous-étape 512, un nouveau tronçon intermédiaire 33 de ce
demi-profil d'extrados 11 est défini afin de remplacer le tronçon intermédiaire 13
initial et raccorder le nouveau cercle de bord d'attaque 35 au tronçon terminal 14
de ce demi-profil d'extrados 11.
[0100] Ce nouveau tronçon intermédiaire 33 relie de façon tangentielle le nouveau tronçon
de bord d'attaque 32 au tronçon terminal 14 qui est inchangé, le nouveau tronçon de
bord d'attaque 32 passant par le bord d'attaque 5 et est tangent au cercle initial
de bord d'attaque 15 au niveau du bord d'attaque 5. Le nouveau tronçon intermédiaire
33 ne doit comporter aucun point d'inflexion et a une tangence évoluant de façon continue.
[0101] Cette première étape 51 peut également être appliquée afin de modifier le demi-profil
d'intrados 21 d'un profil aérodynamique 10. Cette première étape 51 peut aussi être
appliquée afin de modifier le demi-profil d'extrados 11 et le demi-profil d'intrados
11 d'un profil aérodynamique 10. Une telle modification d'un demi-profil d'extrados
11 et d'un demi-profil d'intrados 21 est représentée sur la figure 7, le cercle initial
de bord d'attaque 15 du demi-profil d'extrados 11 et le cercle initial de bord d'attaque
25 du demi-profil d'intrados 21 étant identiques, et confondus. Au cours de cette
première étape 51, le cercle initial de bord d'attaque 15 du demi-profil d'extrados
11 et le cercle initial de bord d'attaque 14 du demi-profil d'intrados 21 sont modifiés
de façon différentes, le nouveau cercle initial de bord d'attaque 35 du demi-profil
d'extrados 11 et le nouveau cercle initial de bord d'attaque 45 du demi-profil d'intrados
21 étant différents.
[0102] Suite à cette modification d'au moins un demi-profil 11,21 de chaque profil aérodynamique
10 de la pale 1, l'écoulement d'air sur les demi-profils 11,21 de la pale 1 est modifié
et provoque une diminution, en valeur algébrique, des incidences positive α
dp et négative α
dn de décrochage de la pale 1. En conséquence, les performances aérodynamiques de la
pale 1 modifiée sont améliorées sous des incidences
α négatives sans dégradation de ses performances aérodynamiques sous des incidences
α positives, la zone d'utilisation de la pale 1 sous incidences
α positives restant inférieures à l'incidence positive
αdp de décrochage de la pale 1 modifiée.
[0103] La pale 1 ainsi modifiée est alors optimisée pour équiper un rotor 63 susceptible
de fournir une force aérodynamique dans deux directions opposées, respectivement sous
une incidence positive et une incidence négative. Ce rotor 63 peut par exemple constituer
une des deux hélices d'avancement 64,65 de l'hélicoptère hybride 60 représenté sur
les figures 1 et 2.
[0104] En effet, lors d'un vol d'avancement représenté sur la figure 1, les deux hélices
d'avancement 64,65 de l'hélicoptère hybride 60 fournissent des forces aérodynamiques
sensiblement identiques et dirigées vers l'avant de l'hélicoptère hybride 60. Les
pales 1 de ces hélices d'avancement 64,65 ont des incidences
α positives comme représenté sur la figure 1.
[0105] A contrario, lors d'un vol stationnaire représenté sur la figure 2, les deux hélices
d'avancement 64,65 fournissent des forces aérodynamiques opposées, une première hélice
d'avancement 64 agencée à gauche du fuselage 61 fournissant une force aérodynamique
dirigée vers l'avant de l'hélicoptère hybride 60 alors qu'une seconde hélice d'avancement
65 agencée à droite du fuselage 61 fournit une force aérodynamique dirigée vers l'arrière
de l'hélicoptère hybride 60. Les pales 1 de la première hélice d'avancement 64 ont
une incidence
α positive comme représenté sur la figure 2 alors que les pales 1 de la seconde hélice
d'avancement 65 ont une incidence
α négative.
[0106] Chaque pale 1 modifiée équipant la seconde hélice d'avancement 65 lui permet ainsi
de fournir la force aérodynamique
F nécessaire à un vol stationnaire sous une incidence
α négative qui est plus éloignée de l'incidence négative α
dn de décrochage de la pale 1 modifiée que pour une pale non modifiée. Cela s'accompagne
d'une puissance nécessaire à l'entraînement en rotation de la seconde hélice d'avancement
65 qui peut être réduite par rapport à une hélice d'avancement ayant des pales 1 non
modifiées, comme représenté sur la figure 12 afin de fournir cette force aérodynamique
F nécessaire à un vol stationnaire sous une incidence
α négative. La figure 12 représente deux courbes 18,19 reliant la force aérodynamique
F d'une pale 1, en abscisse, avec la puissance
P consommée par cette pale 1, en ordonnée. Une première courbe 18 correspond à une
pale 1 non modifiée et une seconde courbe 19 correspond à une pale 1 modifiée.
[0107] On constate par exemple que, pour une même puissance consommée
PA par la pale 1, un point A de la première courbe 18 correspond à une première force
aérodynamique
FA inférieure à une seconde force aérodynamique
FG correspondant au point G de la seconde courbe 19.
[0108] On constate également que, pour une même force aérodynamique
FA générée au niveau d'une pale, la pale 1 avec les profils aérodynamiques 10 modifiés
consommera une puissance
PA' correspond à un point A' de la seconde courbe 19 qui est inférieure à la puissance
PA consommée par une pale 1 avec les profils aérodynamiques 10 non modifiés correspond
au point A de la première courbe 18.
[0109] Lors de l'application de cette première étape 51, l'épaisseur e du profil aérodynamique
10 est inchangée pour chaque profil aérodynamique 10 de la pale 1 alors que sa corde
c peut être légèrement modifiée. De plus, le nouveau tronçon intermédiaire 33,43 d'un
demi-profil 11,21 débute respectivement sur le nouveau cercle de bord d'attaque 35,45
de ce demi-profil 11,21 à une première distance transversale minimale du bord d'attaque
comprise entre 0.5% et 5% de la corde c du profil aérodynamique 10. Le nouveau tronçon
intermédiaire 33,43 d'un demi-profil 11,21 se raccorde respectivement au tronçon terminal
14,24 de ce demi-profil 11,21 à une deuxième distance transversale du bord d'attaque
5 inférieure ou égale à 25% de la corde c.
[0110] Une modification des profils aérodynamiques 10 d'une pale 1 selon cette première
étape 51 suffit à améliorer les performances aérodynamiques de la pale 1. Cependant,
la méthode d'amélioration d'une pale 1 peut aussi comporter une deuxième étape 52
de déplacement du bord d'attaque 5 pour chaque profil aérodynamique 10 de la pale
1. Selon cette deuxième étape 52, le bord d'attaque 5 de chaque profil aérodynamique
10 de la pale 1 est déplacé du demi-profil d'intrados 21 vers le demi-profil d'extrados
11 d'une troisième distance
d, perpendiculairement au segment de droite 16, les demi-profils d'extrados 11 et d'intrados
21 étant modifiés en conséquence. Cette deuxième étape 52 comporte deux sous-étapes
521,522.
[0111] Selon les figures 8 et 9, ce déplacement du bord d'attaque 5 du profil aérodynamique
10 fait suite à l'augmentation des rayons des cercles initiaux de bord d'attaque 15,25
du demi-profil d'extrados 11 et du demi-profil d'intrados 21 du profil aérodynamique
10. Toutefois, ce déplacement du bord d'attaque 5 peut être fait suite à une modification
préalable d'un seul des deux demi-profils 11,21. La figure 9 représente le profil
aérodynamique 10 dans sa totalité alors que la figure 8 représente uniquement une
zone de ce profil aérodynamique 10 à proximité du bord d'attaque 5 comme pour les
figures 6 et 7. On peut constater sur la figure 8 que les cercles initiaux de bord
d'attaque 15,25 du demi-profil d'extrados 11 et du demi-profil d'intrados 21 du profil
aérodynamique 10 sont de rayons et de centres différents.
[0112] Au cours d'une première sous-étape 521, le bord d'attaque 5 du profil aérodynamique
10 est déplacé de la troisième distance
d perpendiculairement au segment de droite 16, du demi-profil d'intrados 21 vers le
demi-profil d'extrados 11. Le nouveau tronçon de bord d'attaque 32 du demi-profil
d'extrados 11 est également déplacé, de même que le nouveau tronçon de bord d'attaque
42 du demi-profil d'intrados 21.
[0113] Au cours d'une deuxième sous-étape 522, un nouveau tronçon intermédiaire 33 attaché
au demi-profil d'extrados 11 et un nouveau tronçon intermédiaire 43 attaché au demi-profil
d'intrados 21 sont définis. Le nouveau tronçon intermédiaire 33 attaché au demi-profil
d'extrados 11 raccorde le nouveau tronçon de bord d'attaque 32 de ce demi-profil d'extrados
11 déplacé au tronçon terminal d'extrados 14 de ce demi-profil d'extrados 11, le tronçon
terminal 14 étant inchangé. De même, le nouveau tronçon intermédiaire 43 attaché au
demi-profil d'intrados 21 raccorde le nouveau tronçon de bord d'attaque 42 de ce demi-profil
d'intrados 21 déplacé au tronçon terminal 24 de ce demi-profil d'intrados 21, le tronçon
terminal 24 étant inchangé.
[0114] Le nouveau tronçon intermédiaire 33 du demi-profil d'extrados 11 et le nouveau tronçon
intermédiaire 43 du demi-profil d'intrados 21 sont alors tangents respectivement au
nouveau tronçon de bord d'attaque 32 du demi-profil d'extrados 11 et au nouveau tronçon
de bord d'attaque 42 du demi-profil d'intrados 21 ainsi que respectivement au tronçon
terminal 14 du demi-profil d'extrados 11 et au tronçon terminal 24 du demi-profil
d'intrados 21. Le nouveau tronçon intermédiaire 33 du demi-profil d'extrados 11 et
le nouveau tronçon intermédiaire 43 du demi-profil d'intrados 21 ne comportent toujours
aucun point d'inflexion et ont des tangences évoluant de façon continue.
[0115] Ce déplacement du bord d'attaque 5 consécutif à la deuxième étape 52 provoque une
modification de la ligne moyenne 17 du profil aérodynamique 10 dans la zone du bord
d'attaque 5. La troisième distance
d est par exemple comprise entre 0.5% et 2% de la corde
c du profil aérodynamique 10. Ce déplacement du bord d'attaque 5 provoque également
une faible augmentation de la corde
c du profil aérodynamique 10. Cette faible augmentation de la corde c est de l'ordre
de quelques centièmes de pourcentage, la nouvelle corde
c' du profil aérodynamique 10 étant définie par la relation suivante:

Par exemple, pour une troisième distance
d inférieure ou égale à 2% de la corde
c du profil aérodynamique 10, cette augmentation de la corde c est inférieure à 0.02%.
[0116] Cette faible augmentation de la corde
c n'est qu'une conséquence du déplacement du bord d'attaque 5 du profil aérodynamique
10 selon la deuxième étape 52 et n'a pas d'effet directe sur l'amélioration des performances
aérodynamiques du profil aérodynamique 10. En effet ce sont les modifications combinées
du bord d'attaque 5, à savoir l'augmentation d'au moins un rayon du cercle initial
de bord d'attaque 15,25 du demi-profil d'extrados 11 et/ou d'extrados 21 et son déplacement,
qui sont à l'origine de l'amélioration de ces performances aérodynamiques du profil
aérodynamique 10.
[0117] Ce déplacement du bord d'attaque 5 qu'il fasse suite à une modification des profils
aérodynamiques 10 uniquement pour son demi-profil d'extrados 11, uniquement pour son
demi-profil d'intrados 21 ou bien selon ses demi-profils d'extrados 11 et d'intrados
21, provoque une diminution des incidences positive
α'dp et négative
α'dn de décrochage de la pale 1 modifiée plus importante que pour une pale 1 dont uniquement
le rayon du cercle initial de bord d'attaque 15,25 d'un ou bien des deux demi-profils
11,21 a été modifié en modifiant l'écoulement d'air sur les demi-profils d'extrados
11 et d'intrados 21 de la pale 1 modifiée.
[0118] Un premier graphique montrant cette diminution des incidences positive
αdp et négative
αdn de décrochage de la pale 1 dont les profils aérodynamiques 10 sont modifiés en appliquant
les deux étapes 51-52 de la méthode d'amélioration d'une pale 1 est représenté sur
la figure 10. Ce graphique représente la variation du coefficient de portance
Cz de la pale 1 en fonction de l'incidence
α de la pale 1 vis-à-vis de l'écoulement d'air sur la pale 1 d'une part selon un premier
graphe 7 pour une pale 1 non modifiée et d'autre part selon un second graphe 8 pour
une pale 1 modifiée. L'incidence
α est en abscisse et le coefficient de portance
Cz en ordonnée.
[0119] On constate que les incidences positive
α'dp et négative
α'dn de décrochage de la pale 1 modifiée selon les deux étapes 51-52 représentées sur
le second graphe 8 sont inférieures aux incidences positive
α'dp et négative
αdn de décrochage de la pale non modifiée représentées sur le premier graphe 7.
[0120] On constate également que pour une incidence
α négative sensiblement égale à -5°, une pale non modifiée fonctionne proche de son
incidence négative
αdn de décrochage, le point A correspondant ne se situant pas sur la partie linéaire
du premier graphe 7, alors que le point G correspondant à une même incidence
α négative sensiblement égale à -5° est situé sur la partie linéaire du second graphe
8 de la pale 1 modifiée fonctionnant ainsi avec une incidence plus éloignée de son
incidence négative
α'dn de décrochage.
[0121] En conséquence, les performances aérodynamiques de la pale 1 modifiée sont plus importantes
que celles de la pale non modifiée, comme précédemment évoqué et représenté sur la
figure 12, et cette pale 1 modifiée peut fournir, pour une même puissance consommée
Pc, une force aérodynamique
F supérieure à celle fournie par une pale non modifiée. De même, une telle pale 1 modifiée
nécessite une puissance consommée inférieure à une pale non modifiée pour être entraînée
en rotation afin de fournir la force aérodynamique
F nécessaire. Par exemple, pour une seconde hélice 65 d'un hélicoptère hybride 60 de
tonnage moyen utilisant de telles pales 1 modifiées selon les deux étapes 51-52, l'économie
de puissance obtenue peut être de l'ordre de 100 kilowatts.
[0122] Les modifications appliquées aux profils aérodynamiques 10 de la pale 1 selon chacune
des étapes 51-52 peuvent aussi être influencées par l'épaisseur relative de ces profils
aérodynamiques 10, comme représenté sur le second graphique de la figure 11. Ce second
graphique représente une première enveloppe 55 de variation d'un premier rapport entre
le rayon
r1 du nouveau cercle de bord d'attaque 35 d'un demi-profil d'extrados 11 par le rayon
r du cercle initial de bord d'attaque 15 de ce demi-profil d'extrados 11 en fonction
des variations de l'épaisseur relative du profil aérodynamique 10. Ce second graphique
représente une deuxième enveloppe 56 de variation d'un second rapport entre le rayon
r'1 du nouveau cercle de bord d'attaque 45 d'un demi-profil d'intrados 21 par le rayon
r' du cercle initial de bord d'attaque 25 d'un demi-profil d'intrados 21 en fonction
des variations de l'épaisseur relative du profil aérodynamique 10. L'épaisseur relative
du profil aérodynamique 10 est en abscisse et les premier et second rapports en ordonnée.
[0123] Les variations de ces rapports sont représentées sur la figure 11 pour des profils
aérodynamiques 10 dont l'épaisseur relative est comprise entre 7.5% et 12%, la méthode
d'amélioration d'une pale 1 selon l'invention étant particulièrement adaptée aux pales
formées de ces profils aérodynamiques 10. Toutefois, cette méthode d'amélioration
d'une pale 1 peut également être appliquée à des pales 1 formées de profils aérodynamiques
10 dont l'épaisseur relative est différente.
[0124] On constate que le premier rapport concernant le nouveau cercle de bord d'attaque
35 d'un demi-profil d'extrados 11, dont la variation est représentée par la première
enveloppe 55, est peu influencé par l'augmentation de l'épaisseur relative du profil
aérodynamique 10 contrairement au second rapport concernant le nouveau cercle de bord
d'attaque 45 d'un demi-profil d'intrados 21, dont la variation est représentée par
la deuxième enveloppe 56 et qui a tendance à diminuer lorsque l'épaisseur relative
du profil aérodynamique augmente.
[0125] Le second graphique représente également une troisième enveloppe 57 de variation
de la troisième distance
d de déplacement du bord d'attaque 5 en fonction des variations de l'épaisseur relative
du profil aérodynamique 10. L'épaisseur relative du profil aérodynamique 10 est en
abscisse et la troisième distance
d, exprimée en pourcentage de la corde
c, en ordonnée. On constate que la largeur de cette troisième enveloppe 57 a tendance
à diminuer lorsque l'épaisseur relative du profil aérodynamique 10 augmente, la valeur
moyenne de cette troisième enveloppe 57 étant sensiblement constante.
[0126] Enfin, la méthode d'amélioration d'une pale 1 peut aussi comporter une troisième
étape 53 de fabrication d'une pale 1 visant à fabriquer une pale 1 définie par les
profils aérodynamiques 10 modifiés lors des étapes précédentes. Ces profils aérodynamiques
10 peuvent être modifiés selon la seule première étape 51 ou bien les première et
deuxième étapes 51,52.
[0127] Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant
à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on
comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les
modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un
moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
1. Méthode d'amélioration d'une pale (1), ladite pale (1) s'étendant selon une direction
longitudinale (X) en envergure d'une première extrémité (3) à une seconde extrémité
(4) et selon une direction transversale (Y) d'un bord d'attaque (5) vers un bord de
fuite (6), ladite pale (1) comportant des sections transversales successives, chaque
section transversale étant définie par un profil aérodynamique (10), chaque profil
aérodynamique (10) étant défini par deux demi-profils (11,21) incluant un demi-profil
d'extrados (11) et un demi-profil d'intrados (21), lesdits deux demi-profils (11,21)
comportant un tronçon de bord d'attaque (12,22), un tronçon intermédiaire (13,23)
et un tronçon terminal (14,24), ledit tronçon de bord d'attaque (12,22) de chaque
demi-profil (11,21) étant formé par une portion d'un cercle initial de bord d'attaque
(15,25),
caractérisée en ce que ladite méthode comporte une première étape (51) de modification d'au moins un demi-profil
(11,21) de chaque profil aérodynamique (10), une deuxième étape (52) de déplacement
dudit bord d'attaque (5) pour chaque profil aérodynamique (10) de ladite pale (1)
et une troisième étape (53) de fabrication de ladite pale (1) selon lesdits profils
aérodynamiques (10) modifiés,
ladite première étape (51) étant munie des sous-étapes suivantes :
- augmentation (511) du rayon dudit cercle initial de bord d'attaque (15,25) dudit
au moins un demi-profil (11,21) afin de former au moins un nouveau cercle de bord
d'attaque (35,45) dudit au moins un demi-profil (11,21) dont une portion constitue
un nouveau tronçon de bord d'attaque (32,42) dudit au moins un demi-profil (11,21),
ledit nouveau cercle de bord d'attaque (35,45) étant tangent audit cercle initial
de bord d'attaque (15,25) dudit au moins un demi-profil (11,21) au niveau dudit bord
d'attaque (5), et
- définition (512) d'un nouveau tronçon intermédiaire (33,43) dudit au moins un demi-profil
(11,21) remplaçant ledit tronçon intermédiaire (13,23) dudit au moins un demi-profil
(11,21) et raccordant ledit nouveau cercle de bord d'attaque (35,45) dudit au moins
un demi-profil (11,21) audit tronçon terminal (14,24) dudit au moins un demi-profil
(11,21) afin d'augmenter une incidence négative de décrochage de ladite pale (1),
ladite deuxième étape (52) étant munie des sous-étapes suivantes :
- déplacement (521) dudit bord d'attaque (5) de chaque profil aérodynamique (10) de
ladite pale (1) d'une troisième distance d perpendiculairement à un segment de droite (16) reliant ledit bord d'attaque (5)
et ledit bord de fuite (6), dudit demi-profil d'intrados (21) vers ledit demi-profil
d'extrados (11), ledit tronçon de bord d'attaque (12,22) initial ou bien, le cas échéant,
ledit nouveau tronçon de bord d'attaque (32,42) desdits deux demi-profils (11,21)
dudit profil aérodynamique (10) étant également déplacés, et
- définition (522) d'un nouveau tronçon intermédiaire (33,43) desdits deux demi-profils
(11,21) raccordant respectivement ledit tronçon de bord d'attaque (12,22) initial
ou bien, le cas échéant, ledit nouveau tronçon de bord d'attaque (32,42) desdits deux
demi-profils (11,21) audit tronçon terminal (14,24) desdits deux demi-profils (11,21).
2. Méthode selon la revendication 1,
caractérisée en ce que lors de ladite première étape (51), lesdits deux demi-profils (11,21) de chaque profil
aérodynamique (10) sont modifiés.
3. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 2,
caractérisée en ce que pour chaque profil aérodynamique (10) de ladite pale (1), le rayon dudit nouveau
cercle de bord d'attaque (35) dudit demi-profil d'extrados (11) est compris entre
110% à 140% dudit rayon dudit cercle initial de bord d'attaque (15) dudit demi-profil
d'extrados (11) et le rayon dudit nouveau cercle de bord d'attaque (45) dudit demi-profil
d'intrados (21) est compris entre 115% à 220% dudit rayon dudit cercle initial de
bord d'attaque (25) dudit demi-profil d'intrados (11).
4. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisée en ce que pour ledit au moins un demi-profil (11,21) de chaque profil aérodynamique (10) de
ladite pale (1), ledit nouveau tronçon intermédiaire (33,43) débute sur ledit nouveau
tronçon de bord d'attaque (32,42) à une première distance transversale minimale dudit
bord d'attaque (5) comprise entre 0.5% et 5% d'une corde (c) dudit profil aérodynamique
(10) et se raccorde audit tronçon terminal (14,24) à une deuxième distance transversale
dudit bord d'attaque (5) égale au maximum à 25% de ladite corde (c), ladite corde
(c) étant égale à une distance entre ledit bord d'attaque (5) et ledit bord de fuite
(6) dudit profil aérodynamique (10).
5. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce que ladite troisième distance d est comprise entre 0.5% et 2 % d'une corde (c) dudit profil aérodynamique (10), ladite corde (c) étant égale à une distance entre ledit bord d'attaque (5) et ledit bord de fuite
(6) dudit profil aérodynamique (10).
6. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que pour ledit au moins un demi-profil (11,21) de chaque profil aérodynamique (10) de
ladite pale (1), ledit nouveau tronçon intermédiaire (33,43) ne comporte aucun point
d'inflexion.
7. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisée en ce que pour ledit au moins un demi-profil (11,21) de chaque profil aérodynamique (10) de
ladite pale (1), ledit nouveau tronçon intermédiaire (33,43) est formé par un polynôme
de degré 3.
8. Méthode selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisée en ce qu'une épaisseur (e) égale à une distance maximale entre ledit demi-profil d'extrados (11) et ledit demi-profil
d'intrados (12) dudit profil aérodynamique (10) est inchangée pour chaque profil aérodynamique
(10).
9. Pale (1) améliorée pour aéronef (60) s'étendant selon une direction longitudinale
(X) en envergure d'une première extrémité (3) à une seconde extrémité (4) et selon
une direction transversale (Y) d'un bord d'attaque (5) vers un bord de fuite (6),
ladite pale (1) comportant des sections transversales successives, chaque section
transversale étant définie par un profil aérodynamique (10), chaque profil aérodynamique
(10) étant défini par deux demi-profils (11,21) incluant un demi-profil d'extrados
(11) et un demi-profil d'intrados (21), lesdits deux demi-profils (11,21) comportant
respectivement un tronçon de bord d'attaque (12,22), un tronçon intermédiaire (13,23)
et un tronçon terminal (14,24), ledit tronçon de bord d'attaque (12,22) étant formé
par une portion d'un cercle initial de bord d'attaque (15,25) pour chaque demi-profil
(11,21), caractérisée en ce que ladite pale (1) est réalisée en utilisant lesdits profils aérodynamiques (10) modifiés
par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Pale (1) selon la revendication 9,
caractérisée en ce que ladite pale (1) comporte au moins un profil aérodynamique (10) modifié dont les coordonnées
des points le constituant sont dans un repère (u,v) :
| u |
v |
u |
v |
| 1 |
-0.001786945 |
0.898362357 |
-0.010840856 |
| 0.993196671 |
-0.001985598 |
0.891597532 |
-0.011590451 |
| 0.986394068 |
-0.002207676 |
0.884831428 |
-0.012328409 |
| 0.979593055 |
-0.002474188 |
0.878063944 |
-0.013053601 |
| 0.972797017 |
-0.002846444 |
0.871295153 |
-0.013766489 |
| 0.966009283 |
-0.00334798 |
0.864524839 |
-0.01446477 |
| 0.959231538 |
-0.003969973 |
0.857752694 |
-0.015145064 |
| 0.952462167 |
-0.004677375 |
0.850978899 |
-0.015808721 |
| 0.945698087 |
-0.00543364 |
0.844203571 |
-0.016456549 |
| 0.938936411 |
-0.006211139 |
0.837426402 |
-0.017084812 |
| 0.932175284 |
-0.00699338 |
0.830647466 |
-0.01769373 |
| 0.925413868 |
-0.007773122 |
0.823866985 |
-0.018285182 |
| 0.918651913 |
-0.008548178 |
0.817084869 |
-0.018857594 |
| 0.911889371 |
-0.009318091 |
0.810301096 |
-0.019410013 |
| 0.905126235 |
-0.010082772 |
0.80351579 |
-0.01994328 |
| 0.796729019 |
-0.020457552 |
0.517928853 |
-0.031714422 |
| 0.789940809 |
-0.020952474 |
0.511123609 |
-0.031830168 |
| 0.783151154 |
-0.02142717 |
0.504318209 |
-0.031936351 |
| 0.77636003 |
-0.02188035 |
0.497512653 |
-0.032032039 |
| 0.769567587 |
-0.022313335 |
0.490706967 |
-0.032117987 |
| 0.762774083 |
-0.022729319 |
0.483901202 |
-0.032197353 |
| 0.755979673 |
-0.023130246 |
0.477095319 |
-0.032265929 |
| 0.749184378 |
-0.023515873 |
0.470289308 |
-0.032320316 |
| 0.742388212 |
-0.023885831 |
0.463483226 |
-0.032365091 |
| 0.735591337 |
-0.024242526 |
0.456677121 |
-0.032405942 |
| 0.728793868 |
-0.024587732 |
0.449870986 |
-0.032441642 |
| 0.721995724 |
-0.024919355 |
0.443064806 |
-0.032467215 |
| 0.715196908 |
-0.025236924 |
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| 0.545148165 |
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0.266120671 |
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| 0.538343579 |
-0.031313011 |
0.259316619 |
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| 0.1980901 |
-0.028322196 |
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-0.028082795 |
0.060005457 |
0.051499484 |
| 0.184486235 |
-0.027838658 |
0.066470409 |
0.053574728 |
| 0.177684636 |
-0.027587677 |
0.072860138 |
0.055447169 |
| 0.170883306 |
-0.027329498 |
0.079566418 |
0.057226152 |
| 0.164082254 |
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0.086252972 |
0.058809723 |
| 0.157281464 |
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0.06011674 |
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0.061348393 |
| 0.143680696 |
-0.026228166 |
0.106329761 |
0.062316521 |
| 0.136880887 |
-0.02593271 |
0.112842766 |
0.062960094 |
| 0.130081991 |
-0.025616805 |
0.119695822 |
0.063375175 |
| 0.123283702 |
-0.025288199 |
0.126821535 |
0.064347542 |
| 0.11648642 |
-0.024939313 |
0.133449162 |
0.064858948 |
| 0.109690041 |
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0.140359805 |
0.065210542 |
| 0.102894859 |
-0.024185659 |
0.147078544 |
0.065470225 |
| 0.096101239 |
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0.065690149 |
| 0.089309534 |
-0.023327169 |
0.160832609 |
0.065885435 |
| 0.082520166 |
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0.066068107 |
| 0.075734086 |
-0.022325075 |
0.174390994 |
0.066248131 |
| 0.06895205 |
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0.180963426 |
0.066434585 |
| 0.062175509 |
-0.021116713 |
0.187892045 |
0.066654887 |
| 0.055405911 |
-0.020411465 |
0.194484137 |
0.066902299 |
| 0.048569015 |
-0.01959531 |
0.20136219 |
0.067219293 |
| 0.041857093 |
-0.018331146 |
0.208161319 |
0.067531027 |
| 0.035361778 |
-0.016646922 |
0.214961994 |
0.067807003 |
| 0.02889838 |
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| 0.022565134 |
-0.011936864 |
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| 0.016517841 |
-0.008896071 |
0.2353707 |
0.068445387 |
| 0.010767086 |
-0.005266414 |
0.242175141 |
0.068603235 |
| 0.005564092 |
-0.000900209 |
0.248980113 |
0.068736314 |
| 0.001378576 |
0.004660301 |
0.255785492 |
0.068846514 |
| 0.0000531 |
0.011063518 |
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0.017428969 |
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0.069005436 |
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| 0.011584271 |
0.027357699 |
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0.069091011 |
| 0.289815609 |
0.06910863 |
0.56853419 |
0.057485118 |
| 0.296621881 |
0.069110154 |
0.575311132 |
0.056853938 |
| 0.303428139 |
0.069096657 |
0.582086371 |
0.056204727 |
| 0.310234356 |
0.06906913 |
0.588859871 |
0.055537614 |
| 0.317040502 |
0.06902766 |
0.595631595 |
0.054852706 |
| 0.323846547 |
0.068972103 |
0.602401532 |
0.054150359 |
| 0.330652477 |
0.068903782 |
0.609169702 |
0.05343118 |
| 0.337458273 |
0.068823343 |
0.615936106 |
0.052695577 |
| 0.344263902 |
0.068729778 |
0.622700706 |
0.051943555 |
| 0.351069341 |
0.06862326 |
0.629463471 |
0.051175219 |
| 0.357874575 |
0.068504395 |
0.636224373 |
0.050390649 |
| 0.364679585 |
0.068373299 |
0.642983367 |
0.049589813 |
| 0.371484324 |
0.068228876 |
0.649740389 |
0.048772502 |
| 0.378288761 |
0.068070824 |
0.656495386 |
0.047938621 |
| 0.385092882 |
0.067899724 |
0.66324833 |
0.047088273 |
| 0.391896644 |
0.06771487 |
0.669999234 |
0.046221885 |
| 0.398699995 |
0.067515467 |
0.67674808 |
0.045339604 |
| 0.405502918 |
0.067301989 |
0.683494782 |
0.044441075 |
| 0.412305398 |
0.067074804 |
0.690239249 |
0.043525919 |
| 0.419107378 |
0.066833144 |
0.696981456 |
0.042594262 |
| 0.425908825 |
0.066576891 |
0.703721395 |
0.041646337 |
| 0.432709721 |
0.066306435 |
0.710459045 |
0.040682281 |
| 0.439510025 |
0.066021467 |
0.717194363 |
0.039702055 |
| 0.446309695 |
0.065721734 |
0.723927302 |
0.038705626 |
| 0.45310869 |
0.06540709 |
0.730657864 |
0.037693268 |
| 0.459906969 |
0.065077335 |
0.737386067 |
0.03666534 |
| 0.466704491 |
0.064732303 |
0.74411193 |
0.035622217 |
| 0.473501201 |
0.064371654 |
0.75083548 |
0.034564292 |
| 0.480297039 |
0.063994929 |
0.757556764 |
0.033492056 |
| 0.487091937 |
0.063601606 |
0.764275844 |
0.032406096 |
| 0.493885843 |
0.063191506 |
0.770992781 |
0.031306963 |
| 0.500678717 |
0.062764654 |
0.777707655 |
0.030195292 |
| 0.507470482 |
0.062320496 |
0.784420527 |
0.0290716 |
| 0.514261055 |
0.061858479 |
0.791131569 |
0.027937026 |
| 0.521050355 |
0.061378131 |
0.797841006 |
0.026792999 |
| 0.527838315 |
0.060879186 |
0.804549062 |
0.025640905 |
| 0.534624852 |
0.060361255 |
0.811255979 |
0.024482195 |
| 0.541409899 |
0.059824155 |
0.817961912 |
0.023317802 |
| 0.548193404 |
0.059267917 |
0.824666879 |
0.022147866 |
| 0.554975313 |
0.058692549 |
0.831370693 |
0.020971335 |
| 0.561755584 |
0.058098178 |
0.838072796 |
0.019785103 |
| 0.844773294 |
0.018589833 |
0.925346654 |
0.005263502 |
| 0.851472851 |
0.017389301 |
0.932096381 |
0.004388012 |
| 0.858171878 |
0.016185812 |
0.938852854 |
0.003566159 |
| 0.864871417 |
0.01498518 |
0.945617863 |
0.002817862 |
| 0.871573299 |
0.013797696 |
0.952393717 |
0.002175116 |
| 0.878278267 |
0.012627762 |
0.959181102 |
0.0016685 |
| 0.88498646 |
0.011476467 |
0.965978931 |
0.001329665 |
| 0.891698822 |
0.010349729 |
0.972783523 |
0.001178862 |
| 0.898416142 |
0.009252936 |
0.979589744 |
0.001204674 |
| 0.905139321 |
0.008192654 |
0.986394194 |
0.001361998 |
| 0.911868861 |
0.007173523 |
0.993197164 |
0.001574008 |
| 0.918604395 |
0.006194794 |
1 |
0.001786945 |
11. Rotor (63) destiné à un aéronef (60), ledit rotor (63) comportant au moins deux pales
(1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 10.
12. Aéronef à voilure tournante (60) comportant un fuselage (61), au moins un rotor principal
(62) et au moins deux hélices d'avancement (64,65),
caractérisé en ce qu'au moins une desdites hélices d'avancement (64,65) est un rotor (63) selon la revendication
11.